Интерфейс, не зависящий от среды передачи ( MII ), изначально был определен как стандартный интерфейс для подключения блока управления доступом к среде (MAC) Fast Ethernet (т. Е. 100 Мбит / с ) к микросхеме PHY . MII стандартизирован IEEE 802.3u и соединяет различные типы PHY с MAC. Будучи независимыми от среды означает , что различные типы PHY устройств для подключения к различным СМИ (т.е. витая пара , волоконно - оптический , и т.д.) могут быть использованы без реорганизации или замены аппаратных MAC. Таким образом, любой MAC может использоваться с любым PHY, независимо от среды передачи сетевого сигнала.
MII можно использовать для подключения MAC к внешнему PHY с помощью съемного разъема или напрямую к микросхеме PHY на той же печатной плате . На ПК разъем CNR типа B передает сигналы MII.
Сетевые данные на интерфейсе формируются с использованием стандарта IEEE Ethernet . По сути, он состоит из преамбулы, ограничителя начального кадра, заголовков Ethernet, данных протокола и проверки циклическим избыточным кодом (CRC). Исходный MII передает сетевые данные с использованием 4-битных полубайтов в каждом направлении (4 бита передачи данных, 4 бита данных приема). Данные синхронизируются с частотой 25 МГц для достижения пропускной способности 100 Мбит / с. Оригинальный дизайн MII был расширен для поддержки пониженных сигналов и увеличения скорости. Текущие варианты включают в себя уменьшенный интерфейс, независимый от среды передачи ( RMII ), интерфейс, не зависящий от среды передачи данных ( GMII ), интерфейс, не зависящий от среды передачи данных ( RGMII ), интерфейс, не зависящий от среды передачи данных ( RGMII ), последовательный интерфейс, независимый от среды передачи данных ( SGMII ), интерфейс с высокой последовательной скоростью передачи данных , независимый от среды передачи данных по гигабитам ( HSGMII ), четырехъядерный последовательный гигабитный независимый от носителя интерфейс ( QSGMII ) и 10-гигабитный независимый от носителя интерфейс ( XGMII ).
Последовательная шина ввода / вывода управляющих данных (MDIO) - это подмножество MII, которое используется для передачи управляющей информации между MAC и PHY. При включении питания, используя автосогласование , PHY обычно адаптируется к тому, к чему он подключен, если только настройки не изменяются через интерфейс MDIO.
Стандартный MII
Стандартный MII имеет небольшой набор регистров: [1]
- Конфигурация базового режима (# 0)
- Слово состояния (# 1)
- PHY-идентификация (# 2, # 3)
- Реклама способностей (# 4)
- Способность связать партнер (# 5)
- Расширение автосогласования (# 6)
Слово состояния MII является наиболее полезным элементом данных, поскольку его можно использовать для определения того, подключен ли сетевой адаптер Ethernet к сети. Он содержит битовое поле со следующей информацией: [2]
Битовое значение | Имея в виду |
---|---|
0x8000 | Возможность 100BASE-T4 |
0x7800 | Поддерживает 10/100 HD / FD (наиболее часто) |
0x0040 | Подавление преамбулы разрешено |
0x0020 | Автосогласование завершено |
0x0010 | Удаленная неисправность |
0x0008 | Возможность автосогласования |
0x0004 | Ссылка установлена |
0x0002 | Обнаружен Jabber |
0x0001 | Существуют расширенные регистры MII |
Сигналы передатчика
Название сигнала | Описание | Направление |
---|---|---|
TX_CLK | Передать часы | PHY в MAC |
TXD0 | Передавать бит данных 0 (передается первым) | MAC в PHY |
TXD1 | Передавать бит данных 1 | MAC в PHY |
TXD2 | Передача данных бит 2 | MAC в PHY |
TXD3 | Бит передачи данных 3 | MAC в PHY |
TX_EN | Передача разрешена | MAC в PHY |
TX_ER | Ошибка передачи (необязательно) | MAC в PHY |
Тактовая частота передачи - это тактовая частота, генерируемая физическим уровнемером PHY в зависимости от скорости канала (25 МГц для 100 Мбит / с, 2,5 МГц для 10 Мбит / с). Остальные сигналы передачи управляются MAC синхронно по нарастающему фронту TX_CLK. Такая компоновка позволяет MAC работать, не зная о скорости соединения. Сигнал разрешения передачи поддерживается на высоком уровне во время передачи кадра и на низком уровне, когда передатчик находится в режиме ожидания.
Ошибка передачи может возникать в течение одного или нескольких периодов времени во время передачи кадра, чтобы запросить PHY намеренно повредить кадр каким-либо видимым образом, что препятствует его получению как действительному. Это может использоваться для прерывания кадра, когда некоторая проблема обнаруживается после того, как передача уже началась. MAC может пропустить сигнал, если он не использует эту функцию, и в этом случае сигнал должен быть привязан к низкому уровню для PHY.
В последнее время увеличение ошибки передачи за пределами передачи кадра используется для указания, что линии передачи данных используются для специальной сигнализации. В частности, значение данных 0b0001 (постоянно удерживаемое с низким уровнем TX_EN и высоким уровнем TX_ER) используется для запроса физического уровня с поддержкой EEE для перехода в режим низкого энергопотребления.
Приемник сигналов
Название сигнала | Описание | Направление |
---|---|---|
RX_CLK | Получить часы | PHY в MAC |
RXD0 | Получите бит данных 0 (получен первым) | PHY в MAC |
RXD1 | Получите бит данных 1 | PHY в MAC |
RXD2 | Получение бита данных 2 | PHY в MAC |
RXD3 | Получите бит данных 3 | PHY в MAC |
RX_DV | Получите данные действительные | PHY в MAC |
RX_ER | Ошибка получения | PHY в MAC |
CRS | Чувство носителя | PHY в MAC |
COL | Обнаружение столкновения | PHY в MAC |
Первые семь сигналов приемника полностью аналогичны сигналам передатчика, за исключением того, что RX_ER не является необязательным и используется, чтобы указать, что принятый сигнал не может быть декодирован в действительные данные. Тактовая частота приема восстанавливается из входящего сигнала во время приема кадра. Когда никакие часы не могут быть восстановлены (т. Е. Когда среда молчит), PHY должен представить автономные часы в качестве замены.
Сигнал допустимости принимаемых данных (RX_DV) не обязательно должен переходить на высокий уровень сразу после начала кадра, но должен делать это вовремя, чтобы гарантировать, что байт «начало ограничителя кадра» включен в полученные данные. Некоторые из полубайтов преамбулы могут быть потеряны.
Подобно передаче, повышение RX_ER вне кадра используется для специальной сигнализации. Для приема определены два значения данных: 0b0001, чтобы указать, что партнер по каналу связи находится в режиме низкого энергопотребления EEE, и 0b1110 для ложной индикации несущей .
Сигналы CRS и COL асинхронны с тактовой частотой приема и имеют смысл только в полудуплексном режиме. Чувствительность к несущей высока, когда передача, прием или среда иным образом воспринимается как используемая. Если обнаружено столкновение, COL также становится высоким, пока столкновение сохраняется.
Кроме того, MAC может слабо подтягивать сигнал COL, позволяя сочетать высокий уровень COL с низким уровнем CRS (который физический уровень никогда не будет создавать), чтобы служить индикатором отсутствия / отключения физического уровня.
Управляющие сигналы
Название сигнала | Описание | Направление |
---|---|---|
MDIO | Данные управления | Двунаправленный |
MDC | Часы данных управления | MAC в PHY |
MDC и MDIO представляют собой интерфейс синхронных последовательных данных, аналогичный I²C . Как и в случае с I²C, интерфейс представляет собой многоточечную шину, поэтому MDC и MDIO могут совместно использоваться несколькими PHY.
Ограничения
Интерфейс требует 18 сигналов, из которых только два (MDIO и MDC) могут совместно использоваться несколькими PHY. Это представляет проблему, особенно для многопортовых устройств; например, восьмипортовый коммутатор, использующий MII, потребует 8 × 16 + 2 = 130 сигналов.
Уменьшенный медиа-независимый интерфейс
Уменьшенный независимый от среды интерфейс (RMII) - это стандарт, который был разработан для уменьшения количества сигналов, необходимых для подключения PHY к MAC. Уменьшение количества выводов снижает стоимость и сложность сетевого оборудования, особенно в контексте микроконтроллеров со встроенным MAC, FPGA , многопортовых коммутаторов или повторителей, а также наборов микросхем материнских плат ПК. Для этого были изменены четыре вещи по сравнению со стандартом MII. Эти изменения означают, что RMII использует примерно половину количества сигналов по сравнению с MII.
- Два тактовых генератора TXCLK и RXCLK заменяются одним тактовым сигналом. Эти часы являются входом в PHY, а не выходом, что позволяет распределять тактовый сигнал между всеми PHY в многопортовом устройстве, таком как коммутатор.
- Тактовая частота увеличена вдвое с 25 МГц до 50 МГц, а тракты передачи данных сужены с 4 до 2 бит.
- Сигналы RXDV и CRS мультиплексируются в один сигнал.
- Сигнал COL удален.
Название сигнала | Описание | Направление |
---|---|---|
REF_CLK | Непрерывная опорная частота 50 МГц | Опорные часы могут быть входом на обоих устройствах от внешнего источника синхронизации или могут управляться от MAC к PHY |
TXD0 | Передавать бит данных 0 (передается первым) | MAC в PHY |
TXD1 | Передавать бит данных 1 | MAC в PHY |
TX_EN | Когда высокий, синхронизируйте данные с TXD0 и TXD1 на передатчик. | MAC в PHY |
RXD0 | Получите бит данных 0 (получен первым) | PHY в MAC |
RXD1 | Получите бит данных 1 | PHY в MAC |
CRS_DV | Контроль несущей (CRS) и RX_Data Valid (RX_DV) мультиплексируются в альтернативных тактовых циклах. В режиме 10 Мбит / с он чередуется каждые 10 тактов. | PHY в MAC |
RX_ER | Ошибка приема (необязательно на коммутаторах) | PHY в MAC |
MDIO | Данные управления | Двунаправленный |
MDC | Часы данных управления. | MAC в PHY |
MDC и MDIO могут совместно использоваться несколькими физическими уровнями.
Сигналы приемника ссылаются на REF_CLK, как и сигналы передатчика.
Для этого интерфейса требуется 9 сигналов, а MII - 18. Из этих 9 сигналов на многопортовых устройствах MDIO, MDC и REF_CLK могут использоваться совместно, оставляя 6 или 7 контактов на порт.
RMII требует тактовой частоты 50 МГц, тогда как MII требует тактовой частоты 25 МГц, а данные синхронизируются по два бита за раз по сравнению с 4 битами за раз для MII или 1 бит за раз для SNI (только 10 Мбит / с). Данные выборки по нарастающему фронту только (т.е. он не двойной накачкой ).
REF_CLK работает на частоте 50 МГц как в режиме 100 Мбит / с, так и в режиме 10 Мбит / с . Передающая сторона (PHY или MAC) должна поддерживать все сигналы действительными в течение 10 тактовых циклов в режиме 10 Мбит / с . Приемник (PHY или MAC) производит выборку входных сигналов только каждые десять циклов в режиме 10 Мбит / с .
Ограничения
Нет сигнала, который определяет, находится ли интерфейс в полнодуплексном или полудуплексном режиме, но и MAC, и PHY должны согласовываться. Вместо этого это должно передаваться через последовательный интерфейс MDIO / MDC. Также отсутствует сигнал, который определяет, находится ли интерфейс в режиме 10 или 100 Мбит / с, поэтому его также необходимо обрабатывать с помощью интерфейса MDIO / MDC. Версия 1.2 спецификации Консорциума RMII заявляет, что его интерфейс MDIO / MDC идентичен интерфейсу, указанному для MII в IEEE 802.3u. Текущие версии IEEE 802.3 определяют стандартный механизм MDIO / MDC для согласования и настройки скорости канала и дуплексного режима, но возможно, что более старые устройства PHY могли быть разработаны с учетом устаревших версий стандарта и поэтому могут использовать собственные методы для установки скорость и дуплекс.
Отсутствие сигнала RX_ER, который не подключен на некоторых MAC (например, многопортовых коммутаторах), устраняется заменой данных на некоторых PHY для аннулирования CRC . Отсутствующий сигнал COL получается из операции И вместе с TX_EN и декодированным сигналом CRS из линии CRS_DV в полудуплексном режиме. Это означает небольшую модификацию определения CRS: на MII CRS утверждается как для Rx, так и для Tx кадров; на RMII только для кадров Rx. Это приводит к тому , что на RMII два условия ошибки не носитель и потерянный носитель не могут быть обнаружен, и это трудно или невозможно поддерживать общие средства массовой информации , такие как 10base2 или 10base5 .
Поскольку в стандарте RMII пренебрегли оговоркой о том, что TX_EN должен быть выбран только в альтернативных тактовых циклах, он не симметричен с CRS_DV, и два устройства RMII PHY не могут быть соединены друг с другом, чтобы сформировать повторитель; это возможно, однако, с National DP83848, который передает декодированный RX_DV в качестве дополнительного сигнала в режиме RMII. [3]
Уровни сигнала
ТТЛ логические уровни используются для 5 V или V 3.3 логики. Входной высокий порог составляет 2,0 В и низкий являются 0,8 В . В спецификации указано, что входы должны быть устойчивыми к 5 В , однако некоторые популярные микросхемы с интерфейсами RMII не являются устойчивыми к 5 В. Новые устройства могут поддерживать логику 2,5 В и 1,8 В.
Сигналы RMII рассматриваются как сосредоточенные сигналы, а не как линии передачи . Однако версия IEEE соответствующего стандарта MII определяет импеданс следа 68 Ом . [4] National рекомендует использовать трассы 50 Ом с последовательными оконечными резисторами 33 Ом для режима MII или RMII, чтобы уменьшить отражения. [ необходима цитата ] National также предлагает, чтобы следы не превышали 0,15 м в длину и соответствовали в пределах 0,05 м по длине, чтобы минимизировать перекос. [4] : 5
Гигабитный медиа-независимый интерфейс
Гигабитный независимый от среды интерфейс (GMII) - это интерфейс между устройством управления доступом к среде (MAC) и физическим уровнем ( PHY ). Интерфейс работает со скоростью до 1000 Мбит / с, реализован с использованием интерфейса данных с тактовой частотой 125 МГц с отдельными восьмибитными трактами данных для приема и передачи, обратно совместим со спецификацией MII и может работать на скоростях восстановления до 10 или 100 Мбит / с.
Интерфейс GMII был сначала определен для 1000BASE-X в IEEE 802.3z-1998 как пункт 35, а затем включен в IEEE 802.3-2000 и далее. [5]
Сигналы передатчика
Название сигнала | Описание |
---|---|
GTXCLK | Тактовый сигнал для гигабитных сигналов TX (125 МГц) |
TXCLK | Тактовый сигнал для сигналов 10/100 Мбит / с |
TXD [7..0] | Данные для передачи |
TXEN | Включение передатчика |
TXER | Ошибка передатчика (при необходимости используется для намеренного повреждения пакета) |
Есть два тактовых генератора. Используемые часы зависят от того, работает ли PHY на гигабитных или 10/100 Мбит / с скоростях. Для гигабитной работы GTXCLK подается на PHY, и сигналы TXD, TXEN, TXER синхронизируются с этим. Для работы со скоростью 10 или 100 Мбит / с TXCLK предоставляется PHY и используется для синхронизации этих сигналов. Он работает на частоте 25 МГц для 100 Мбит / с или 2,5 МГц для соединений 10 Мбит / с. Напротив, приемник использует единственный тактовый сигнал, восстановленный из входящих данных.
Приемник сигналов
Название сигнала | Описание |
---|---|
RXCLK | Полученный тактовый сигнал (восстановлен из входящих полученных данных) |
RXD [7..0] | Полученные данные |
RXDV | Означает, что полученные данные действительны |
RXER | Означает, что полученные данные содержат ошибки |
COL | Обнаружение столкновений (только полудуплексные соединения) |
CS | Контроль несущей (только полудуплексные соединения) |
Управляющие сигналы
Название сигнала | Описание |
---|---|
MDC | Часы интерфейса управления |
MDIO | Двунаправленный контакт интерфейса управления вводом / выводом. |
Интерфейс управления контролирует поведение PHY. Имеется 32 регистра, каждый из которых содержит 16 бит. Первые 16 регистров имеют определенное использование [6], а остальные зависят от устройства. Регистры используются для настройки устройства и запроса текущего режима работы. [ требуется дальнейшее объяснение ]
Уменьшенный гигабитный медиа-независимый интерфейс
[Мбит / с] | [ МГц ] | Биты / такт |
---|---|---|
10 | 2,5 | 4 |
100 | 25 | 4 |
1000 | 125 | 8 |
Уменьшенный гигабитный медиа-независимый интерфейс (RGMII) использует половину количества контактов данных, которые используются в интерфейсе GMII. Это сокращение достигается за счет работы вдвое меньшего количества линий данных с удвоенной скоростью, сигналов временного мультиплексирования и устранения второстепенных сигналов определения несущей и индикации коллизий. Таким образом, RGMII состоит всего из 12 контактов, в отличие от 24 контактов GMII.
Данные синхронизируются по нарастающим и спадающим фронтам для 1000 Мбит / с, а по нарастающим фронтам только для 10/100 Мбит / с. [7] Сигнал RX_CTL переносит RXDV (данные действительны) по переднему фронту и (RXDV xor RXER) по заднему фронту. Сигнал TX_CTL также несет TXEN по переднему фронту и (TXEN xor TXER) по заднему фронту. Это справедливо как для 1000 Мбит / с, так и для 10/100 Мбит / с. [8]
Тактовый сигнал передачи всегда обеспечивается MAC на линии TXC. Тактовый сигнал приема всегда предоставляется PHY на линии RXC. [ необходима цитата ] Используется синхронизация с источником : тактовый сигнал, который выводится (посредством PHY или MAC), синхронизируется с сигналами данных. Это требует, чтобы печатная плата была спроектирована так, чтобы добавить задержку 1,5–2 нс к тактовому сигналу, чтобы соответствовать временам установки и удержания на приемнике. RGMII v2.0 определяет дополнительную внутреннюю задержку, избавляя разработчика печатной платы от необходимости добавлять задержку; это известно как RGMII-ID.
Название сигнала | Описание | Направление |
---|---|---|
TXC | Тактовый сигнал | MAC в PHY |
TXD [3..0] | Данные для передачи | MAC в PHY |
TX_CTL | Мультиплексирование разрешения передатчика и ошибки передатчика | MAC в PHY |
RXC | Полученный тактовый сигнал (восстановлен из входящих полученных данных) | PHY в MAC |
RXD [3..0] | Полученные данные | PHY в MAC |
RX_CTL | Мультиплексирование полученных данных допустимо и ошибка приемника | PHY в MAC |
MDC | Часы интерфейса управления | MAC в PHY |
MDIO | Интерфейс управления вводом / выводом | Двунаправленный |
RGMII версии 1.3 [9] использует КМОП 2,5 В [10], тогда как RGMII версии 2 использует 1,5 В HSTL . [11]
Последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс
Последовательный гигабитный независимый от среды интерфейс (SGMII) представляет собой вариант MII, используемый для Gigabit Ethernet, но также может передавать Ethernet 10/100 Мбит / с.
Он использует дифференциальные пары с тактовой частотой 625 МГц DDR для данных TX и RX, а также тактов TX и RX. Она отличается от GMII его с низким энергопотреблением и низким количеством выводов 8b / 10b -coded SerDes . Каждый тракт передачи и приема использует одну дифференциальную пару для данных и другую дифференциальную пару для синхронизации. Тактовые импульсы TX / RX должны генерироваться на выходе устройства, но необязательны на входе устройства (в качестве альтернативы можно использовать восстановление тактовой частоты ). Ethernet 10/100 Мбит / с передается за счет 100/10 дублирования слов данных каждое, поэтому тактовая частота всегда составляет 625 МГц.
Высокий последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс
Высокий последовательный гигабитный независимый от носителя интерфейс (HSGMII) функционально аналогичен SGMII, но поддерживает скорость передачи до 2,5 Гбит / с.
Четыре последовательных гигабитных интерфейса, не зависящие от среды передачи данных
Счетверенный последовательный гигабитный независимый от среды интерфейс (QSGMII) - это метод объединения четырех линий SGMII в интерфейс 5 Гбит / с. QSGMII, как и SGMII, использует низковольтную дифференциальную сигнализацию (LVDS) для данных TX и RX и один тактовый сигнал LVDS. QSGMII использует значительно меньше сигнальных линий, чем четыре отдельных соединения SGMII.
10-гигабитный медиа-независимый интерфейс
10-гигабитный медиа-независимый интерфейс (XGMII) - это стандарт, определенный в IEEE 802.3 и предназначенный для подключения полнодуплексных портов 10 Gigabit Ethernet (10GbE) друг к другу и к другим электронным устройствам на печатной плате (PCB). Сейчас он обычно используется для соединений на кристалле. Соединения печатных плат теперь в основном выполняются с помощью XAUI . XGMII имеет два 32-битных канала данных (Rx и Tx) и два четырехбитных потока управления (Rxc и Txc), работающих на частоте DDR 156,25 МГц (312,5 МТ / с ).
Смотрите также
- Интерфейс навесного устройства (AUI)
- G.hn , рекомендация ITU-T , в которой термин MII используется для обозначения интерфейса между уровнем канала данных и физическим уровнем .
- Конвертер гигабитного интерфейса (GBIC)
- Список битрейтов интерфейса
- Подключаемый приемопередатчик малого форм-фактора (SFP)
- XAUI - интерфейс для подключения 10-гигабитных устройств
- Трансивер XFP
Рекомендации
- ^ Стандарт IEEE 802.3: Метод доступа CSMA / CD и спецификации физического уровня, Раздел 2 , Глава 22.2.4
- ^ "Определение интерфейса Linux MII" . Проверено 26 мая 2020 .
- ^ Схема AN-1405
- ^ a b Лист данных AN-1469
- ^ Стандарт IEEE для Ethernet - Раздел 3 . IEEE 802.3. 2015. DOI : 10,1109 / IEEESTD.2016.7428776 . ISBN 978-1-5044-0078-7.
- ^ IEEE 802.3,2000–22.2.4 Функции управления
- ^ «Независимый интерфейс с уменьшенным гигабитным портом (RGMII), версия 2.0» (PDF) . 2002-04-01. Архивировано 3 марта 2016 года.CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
- ^ "XWAY PHY11G" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 13 апреля 2014 года . Проверено 11 апреля 2014 .
- ^ «Уменьшенный гигабитный независимый интерфейс среды передачи (RGMII), версия 1.3» (PDF) . 2000-12-10. Архивировано из оригинального (PDF) 03 марта 2016 года.
- ^ «Стандарт напряжения питания и интерфейса 2,5 В ± 0,2 В (нормальный диапазон) и 1,8 В - 2,7 В (широкий диапазон) для цифровых интегральных схем без оконечной нагрузки, JESD8-5A.01» (PDF) . 2006-06-01.
- ^ «Логика высокоскоростного приемопередатчика (HSTL). Стандарт интерфейса на основе напряжения питания выходного буфера 1,5 В для цифровых интегральных схем, JESD8-6» (PDF) . 1995-08-01.
Внешние ссылки
- Texas Instruments - AN-1405 DP83848 RMII
- Texas Instruments - DP83848C PHY Технические данные
- hp.com - RGMIIv2_0_final_hp.pdf RGMII 01-04-2002, версия 2.0
- Serial-GMII Specification Revision 1.7 (ENG-46158) (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2015 г.
- «Документация по внедрению CEVA» . Архивировано из оригинала на 2006-12-11.
- Altera 10Gb Ethernet IP с интерфейсами XGMII и XAUI
- GMII Сроки и электрические характеристики